Различия между Ac и Dc сваркой и когда использовать каждый из них

Введение в текущие типы сварки клещей

Сварка щитовой металлической дуги (SMAW), широко известная как сварка палкой, остается одним из самых универсальных и широко используемых процессов дуговой сварки в различных отраслях промышленности. Он полагается на расходуемый электрод, покрытый потоком, для создания электрической дуги, которая плавит как электрод, так и базовый металл. Выбор между переменным током (AC) и прямым током (DC) фундаментально влияет на поведение дуги, проникновение, уровни брызг и типы материалов, которые могут быть успешно сварены. Хотя оба текущих типа могут производить звуковые сварные швы, они не являются взаимозаменяемыми в каждой ситуации. Понимание электрических и физических различий между сваркой палки переменного тока и постоянного тока позволяет сварщикам оптимизировать их установку для конкретных базовых металлов, химий электродов и условий работы.

Помимо основного различия направления тока, настройки полярности (электрод положительный против электрод отрицательный) дополнительно влияют на распределение тепла. В сварке постоянного тока сварщик может выбрать либо прямой ток электрод положительный (DCEP или обратная полярность) или прямой ток электрод отрицательный (DCEN или прямая полярность). переменный ток чередует полярность на линейной частоте (обычно 50 или 60 Гц), что уравновешивает нагрев, но уменьшает общее управление дугой. Эта расширенная статья разрушит каждый тип тока, сравнит их ключевые характеристики и предоставит практическое руководство по выбору переменного тока или постоянного тока для вашего следующего проекта сварки палкой.

Что такое сварка AC Stick?

Сварка переменного тока использует ток, который непрерывно меняет направление — обычно 50 или 60 раз в секунду (50/60 Гц). Каждый полуцикл полярность переключается с положительного электрода на отрицательный электрод. Это означает, что в течение половины времени электрод положителен, а для другой половины он отрицателен. Быстрое изменение полярности обеспечивает уникальную комбинацию действия дуговой очистки и распределения тепла, которое может быть выгодным в определенных приложениях.

Характеристики AC Arc

Поскольку ток регулярно проходит через ноль при переключении полярности, дуга имеет тенденцию гасить и возрождаться с каждым полуциклом. Это может сделать дуги переменного тока по своей природе менее стабильными, чем дуги постоянного тока, особенно при использовании более низкой амперативности или более длинных дуг. Современные сварочные машины переменного тока используют стабилизаторы дуги или передовую технологию инвертора для смягчения этой нестабильности, но более старые сварщики переменного тока на основе трансформатора часто производят более грубую, шумную дугу. Постоянный перезапуск дуги также генерирует больше брызг и более грубый вид сварного шарика по сравнению с DC.

Оксидная очистка

Основным преимуществом AC для сварки палкой является его способность разрушать поверхностные оксиды. Когда электрод положителен в течение части цикла, возникает эффект катодной очистки - аналогично тому, что наблюдается при сварке алюминия TIG. Это действие помогает удалить оксид алюминия (Al2O3) и другие оксиды с высокой температурой плавления из сварочного бассейна. По этой причине сварка палкой AC иногда используется для цветных металлов, таких как алюминий и магний, особенно когда варианты постоянного тока ограничены или когда базовый металл имеет тяжелые оксидные слои.

Магнитная дуга сопротивление удару

Удар дуги происходит, когда магнитные поля, генерируемые током сварки, взаимодействуют с заготовкой, отклоняя дугу от предполагаемого сварочного соединения. Это распространенная проблема при сварке вблизи краев, в углах или на больших ферромагнитных частях. Поскольку переменный ток много раз в секунду меняет направление тока, магнитные поля отменяются, сохраняя дугу центрированной. Это делает переменный ток предпочтительным выбором для многих полевых ремонтов, судостроения и тяжелой структурной сварки, где магнитные условия непредсказуемы.

Источник энергии и стоимость

Традиционные сварщики с палками переменного тока проще в конструкции и дешевле в изготовлении, чем машины постоянного тока. Многие базовые сварщики на основе трансформатора выпускают только переменный ток. Эти агрегаты прочные, портативные и могут работать на генераторах с умеренным качеством мощности. Однако они предлагают меньший контроль над дуговыми характеристиками. Для многих рабочих мест сварки DIY и фермы, машины только с переменным током может быть достаточно для работы с мягкой сталью с использованием стержней, таких как E6013, но производительность на критических соединениях будет ограничена.

Что такое DC Stick Welding?

Сварка с помощью палки постоянного тока поддерживает постоянный ток в одном направлении. Сварщик может выбирать между двумя установками полярности: DCEP (обратная полярность), где электрод положителен, а заготовка отрицательна, или DCEN (прямая полярность), где электрод отрицателен, а заготовка положительна. DCEP является, безусловно, наиболее распространенным для сварки с помощью палки, поскольку он обеспечивает глубокое проникновение и стабильную дугу. DCEN используется в специальных приложениях, таких как сварка тонких листов или при использовании определенных электродов, которые требуют низкого тепла на базовом металле.

Arc стабильность и контроль

Дуги постоянного тока по своей природе более стабильны, чем дуги переменного тока. Ток никогда не проходит через ноль, поэтому дуга непрерывно горит без необходимости повторного зажигания каждые полцикла. Это приводит к гладкой, тихой дуге, которую легче поддерживать, особенно при более низких ампературах. Способность точно контролировать вход тепла и длину дуги делает сварку постоянного тока идеальной для внепозиционных сварных швов (вертикальных, накладных) и для достижения согласованных профилей бусин.

Профиль полярности и проникновения

С DCEP примерно две трети дугового тепла концентрируется на кончике электрода, в то время как одна треть идет в заготовку. Этот высокий электрод нагревает стержень быстро и производит глубокий, узкий паттерн проникновения. DCEN обращает вспять распределение тепла - больше тепла поступает в базовый металл, что приводит к более широкому, более мелкому профилю проникновения и более медленному плавлению электрода. Для большинства структурных применений стали DCEP является стандартом, потому что он максимизирует скорость осаждения и слияния суставов.

Пылесос и чистота

Сварка постоянного тока, особенно с DCEP, производит значительно меньше брызг, чем сварка переменного тока. Стабильная дуга уменьшает неустойчивый перенос капель, вызывающий брызги. Кроме того, электроды постоянного тока часто формулируются с целлюлозными или низководородными покрытиями, которые лучше всего работают в стабильных условиях постоянного тока. Результатом является более чистый сварной шов с меньшей послесварной очисткой, меньшим риском включения шлака и улучшенным общим внешним видом.

Универсальность с типами электродов

Многие высококачественные электроды с палочками предназначены исключительно для работы на постоянного тока.

В то время как некоторые типы стержней (например, E6013 и E7014) могут работать на переменном токе, их производительность часто ухудшается по сравнению с работой постоянного тока.

Основные различия между AC и DC Stick Welding

В приведенной ниже таблице кратко излагаются критические различия, однако последующие пояснения обеспечивают более глубокий контекст.

Детали стабильности Arc

При сварке переменного тока дуга должна быть восстановлена 100-120 раз в секунду. Это создает жужжащий звук и мерцающую дугу, которая может вызвать турбулентность лужи сварного шва. Квалифицированные сварщики могут компенсировать это, используя более короткие дуги и более высокую амперативность, но новички часто борются за поддержание последовательного слияния. Сварка постоянного тока, наоборот, предлагает «тихую» дугу (кроме треска потока), которая течет устойчиво. Устойчивая дуга снижает риск холодных кругов, пористости и защемления шлака.

Тепловой вход и искажение

Баланс тепла между электродом и заготовкой отличается между типами тока. С DC DCEP высокий нагрев электродов означает, что стержень плавится быстрее, увеличивая скорость осаждения, но также потенциально повышая локальный вход тепла, если скорость перемещения не регулируется. переменный ток распределяет тепло более равномерно по двум полуциклам, что может привести к меньшей общей концентрации тепла в основном металле. Это делает переменный ток немного менее склонным к искажению на тонких секциях, но компромиссом является менее эффективное плавление электрода.

Позиции сварки

DC является универсально предпочтительным для вертикального (3F/3G) и верхнего (4F/4G) положения. Стабильная дуга и лучшее управление лужами позволяют сварщику откладывать металл без капания. Сварка переменного тока в этих положениях затруднена, потому что прерывания дуги вызывают провисание расплавленной лужи. Для плоских и горизонтальных филе сварных швов могут использоваться оба текущих типа, но DC все еще дает более чистый результат.

Когда использовать каждый тип

Решение между переменным и постоянным током зависит от базового металла, доступного электрода, конфигурации соединения и места, где происходит сварка. Ниже приведены подробные сценарии.

Используйте AC когда

Когда использовать DC

Дополнительные соображения

Сварка в ветреном состоянии

Сварка палками часто используется на открытом воздухе, но ветер может сдуть защитный газ, создаваемый деградацией потока. дуги переменного тока более склонны к нестабильности в поперечных ветрах, потому что дуга уже слаба во время нулевого скрещивания. DC удерживает дугу устойчивой, что делает ее лучшим выбором для бризных сред - но даже DC не может полностью компенсировать, если щит потока нарушен. Использование разрыва ветра рекомендуется независимо от типа тока.

Стратегия выбора Рода

Практичный подход заключается в выборе текущего типа на основе электродов, которые вы собираетесь использовать. Если ваш проект требует E6010, E7018 или других стержней, предпочтительных для постоянного тока, инвестируйте в машину постоянного тока. Если вы планируете использовать только E6013 (стержень, который работает разумно на переменном токе) и имеет ограниченный бюджет, переменный ток может работать. Однако имейте в виду, что работа стержня постоянного тока на переменном токе снижает производительность - дуга может быть неустойчивой, проникновение неравномерно, и покрытие может не функционировать оптимально.

Современные инверторные машины

Сегодняшние инверторные сварочные машины могут обеспечивать выход как переменного, так и постоянного тока, часто с регулируемыми частотными и дуговыми усилителями управления. Эти машины позволяют выбирать лучший тип тока для работы без владения несколькими блоками. Они также предлагают превосходную стабильность дуги на переменном токе с использованием высокочастотного запуска и формирования формы волны. Если вы сварите различные материалы и можете позволить себе многопроцессный инвертор, это устраняет необходимость выбирать между переменным током и постоянным током.

Потребление энергии и эффективность

Сварка постоянного тока с инверторами, как правило, более энергоэффективна, чем сварка переменного тока с более старыми трансформаторами. Инверторы преобразуют входную мощность в высокочастотный постоянный ток с минимальными потерями, в то время как сварщики переменного тока на основе трансформатора тратят больше энергии в виде тепла. Если вы работаете часто, более высокая авансовая стоимость инвертора постоянного тока может быть компенсирована более низкими счетами за электроэнергию и лучшим качеством сварки.

Заключение

Выбор между переменным и постоянным током для сварки палкой сводится к конкретным требованиям вашей заготовки, доступных электродов и рабочей среды. DC в подавляющем большинстве случаев предпочтительнее для подавляющего большинства промышленных, структурных и критических сварочных работ из-за его превосходной устойчивости дуги, контроля, проникновения и совместимости с высокопроизводительными электродами. переменный ток сохраняет нишевую роль для сварки цветных металлов, таких как алюминий, для борьбы с ударом магнитной дуги в сложных положениях и для любителей, которые сваривают только мягкую сталь с основными стержнями.

Для профессионального сварщика современный инвертор с поддержкой постоянного тока является разумной инвестицией, которая охватывает почти все требования к сварке с помощью палки. Для тех, кто иногда нуждается в характеристиках переменного тока, многопроцессорная машина, которая предлагает оба текущих типа, обеспечивает максимальную гибкость. Всегда соответствуя своему текущему выбору рекомендациям производителя электрода - следуя этим рекомендациям, обеспечивает наилучшие механические свойства, внешний вид и безопасность. Понимая физику за дугами переменного тока и постоянного тока, вы можете принимать обоснованные решения, которые приводят к более сильным, чистым и надежным сварным соединениям.

Для дальнейшего чтения по основам сварки палками см. статью Википедия по SMAW. Чтобы глубже погрузиться в выбор электродов, обратитесь к руководству Lincoln Electric по электродам палки. Для подробного сравнения AC против DC в полевой сварке статья Миллера по сварке AC против DC предоставляет отличные практические идеи.